有色金屬熔煉的基本原理(上)

1、有色金屬熔煉的基本原理金屬熔煉的主要是為了為鑄錠提供高質(zhì)量的金屬熔體,研究其過程中的規(guī)律是必要的。1.在熔煉過程中,因為涉及到高溫,所以難免會發(fā)生氧化,揮發(fā)等物理化學(xué)反應(yīng)。金屬氧化會使得氧化燒損和非金屬氧化物夾雜。但是,氧化和揮發(fā)也有它們的好處,當(dāng)然,如果合理的設(shè)計.金屬的氧化的趨勢和程度主要取決于其氧的親和力。氧化物生成自由焓是一個衡量的標準,它的值越低(包括負數(shù),則這種金屬與氧的親和力越大,反應(yīng)也就越容易發(fā)生。對于氣-固多相反應(yīng)中的氧化反應(yīng),反應(yīng)首先在固體的表面進行,O2分子吸附然后在分解為原子,從物理吸附過度到化學(xué)吸附。(一般在晶界或位錯處形核。高溫下的金屬氧化速度主要是受到氧化膜的性質(zhì)

2、所決定的,與溫度,面積,氧的濃度有關(guān)。氧化過程:外擴散,內(nèi)擴散,化學(xué)反應(yīng)在對于氧化動力的研究,Wagner指出,當(dāng)氧化膜很致密時,氧化很大程度上取決于離子在氧化膜點陣中的擴散,氧化速率依賴于陽離子和電子各自的輸送數(shù)目,氧化物的導(dǎo)電性,界面處擴散離子的化學(xué)勢和厚度。高溫下,金屬固體的氧化反應(yīng)速率是受到氧化膜的控制,并且與溫度,面積,氧氣的濃度,金屬的性質(zhì)相關(guān)。影響燒損的因素有:金屬氧化物的性質(zhì),值的大小,溫度爐氣性質(zhì)應(yīng)對的策略:選擇合理的爐型,合理的工藝順序,覆蓋劑,控制溫度,爐氣,操作方法,加入活性元素改善值。金屬的吸氣性,主要是氫氣。在金屬相變的時候氫的溶解度比較大,在凝固的時候,過飽和的氫

3、就會析出,形成氣孔。氣體存在與鑄錠內(nèi)的3種形式:固溶體,化合物,氣孔在熔煉過程中,最常見同時也是危害最大的就是水蒸氣了。其次是SO2,還有CO,CO2.氣體的來源可能是爐料,爐氣,耐火材料,熔劑,精煉氣體,操作工具。金屬的揮發(fā)性,主要取決于它的蒸汽壓(溫度越高,蒸汽壓越大,揮發(fā)越快,溫度,時間,合金的狀態(tài)(熔點低的容易揮發(fā),比如鋅,相反,鎢,濃度,爐氣的性質(zhì)與壓力金屬的吸雜性。雜質(zhì)的吸收和積累主要是由于金屬熔體和爐襯,爐渣,爐氣吸收和操作工具相互作用。使用熔劑要合理(銅要避免吸收磷,鋁要避免吸收鈉減少雜質(zhì)可以采取以下的措施:(1選用化學(xué)穩(wěn)定性高的耐火材料。紫銅,黃銅,錫青銅,硅青銅可以使用硅砂

4、爐襯(2在可能的條件下采用純度較高的新金屬料(3火焰爐選用低硫燃料(4接觸的工具(5變料或轉(zhuǎn)換合金時,根據(jù)情況對爐子進行清洗(6輔助材料的選用2.熔體凈化技術(shù)氧化精煉是最經(jīng)濟的同時也是最有效的一種方法。但是應(yīng)具備3個條件:一時基體金屬氧化物能溶解于自身金屬液中,并能氧化雜質(zhì)元素,二是雜質(zhì)元素氧化物不溶于金屬熔體中,并容易與其分離,三是金屬氧化物可用其他元素還原。非金屬夾雜:氧化物,硫化物,復(fù)雜氧化物,氯化物氟化物,硅酸鹽按照形態(tài)可以分為:薄膜狀,團塊狀或顆粒狀除渣精煉的原理:(1密度差作用(2吸附作用 (3(4化合作用氧化精煉實質(zhì)上就是利用化合反應(yīng)當(dāng)然,這種方法會造成熔體中的含氧量增加,因此脫

5、氧是必不可少的步驟?？梢约尤氡然w金屬和氧氣的親和力還要高的物質(zhì),將基體金屬氧化物還原,這種物質(zhì)稱作脫氧劑。對于脫氧劑的要求除了親和力還有其殘留量是無害的,熔點和密度合適,產(chǎn)物容易去除,無毒。脫氧的方法有:沉淀脫氧,擴散脫氧,真空脫氧(5機械過濾作用除渣精煉的方法影響因素:溫度,熔劑(離子半徑,時間(1靜置澄清法(2浮選法(3熔劑法(4過濾法脫氣精煉(主要是針對氫氣前期:覆蓋劑或者其它熔劑,工業(yè)參數(shù)要正確選擇后期:有效脫氣途徑有三種:一,氣體原子擴散至金屬表面,然后脫離吸附狀態(tài)而逸出二,以氣泡的形式從金屬熔體中排除三,加入與金屬中的元素形成化合物,以非金屬夾雜物的形式排除分壓差脫氣精煉方法:氣

6、體脫氣法熔劑脫氣法沸騰脫氣法(高鋅黃銅真空脫氣法在線精煉,電磁場精煉3.成分控制中間合金,使用它的目的是為了便于加入某些熔點較高且不易溶解或易氧化揮發(fā)的合金元素,以便準確控制成分。中間相合金的制備熔合法熱還原法熔鹽電解法粉末法熔劑(覆蓋劑,精煉劑,氧化劑,還原劑鋁合金常用50%NaCl+50%KCl作覆蓋劑對熔劑的要求:(1具有較強的吸附,溶解和化合造渣能力(2與金屬熔體有較大的密度差(3與金屬熔體間的界面張力要大,便于與金屬分離(4具備較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,不會對金屬熔體造成腐蝕或者產(chǎn)生有害的氣體,夾雜(5有較低的熔點,適當(dāng)?shù)酿ざ?6吸濕性小,蒸汽壓低(7制造成本低關(guān)于爐子的問題,實際生產(chǎn)中往往要在同一個爐